Umweltfaktoren in der Biologie und Ökologie: Definition und Bedeutung

Umweltfaktoren sind, innerhalb der Biologie und Ökologie, alle Einflussgrößen, welche den Lebensraum von allen Organismen bestimmen, verändern und neu definieren. So können Pflanzen, Tiere, Pilze und Bakterien nur in bestimmten Bereichen existieren, die durch Beziehungen zu anderen Lebewesen bestimmt werden. Geologische und klimatische Voraussetzungen definieren gleichzeitig Ökosysteme, die die individuellen Lebensbedingungen aller Organismen erfüllen.

Lebewesen werden von biotischen und abiotischen Umweltfaktoren beeinflusst

Jeder Organismus lebt in einem Lebensraum, in dem äußere Einflüsse auf das Lebewesen einwirken. Als Lebewesen werden häufig Menschen, Tiere und Pflanzen gesehen, es zählt jedoch jede Form von organischen Lebens dazu. Das Wachstum von einzelligen Lebewesen, wie Bakterien, ist ebenfalls abhängig von biologischen Umweltfaktoren. Umweltfaktoren werden in zwei Gruppen unterteilt.

Die biotischen Faktoren werden durch andere Lebewesen ausgelöst und werden auch belebte Umweltfaktoren genannt. Die abiotischen Faktoren haben keinen Ursprung bei anderen Lebewesen, sie gelten als Einflüsse, die aus dem unbelebten Teil der Umwelt resultieren. Beide Faktoren sind gleichzeitig in einem Ökosystem vorhanden und können sich positiv und negativ auf die Lebensbedingungen auswirken.

Biotische Umweltfaktoren

Die biotischen Umweltfaktoren gehen von anderen Lebewesen aus. Zu diesen Faktoren zählen Konkurrenten, Parasiten, Bodenorganismen, Nahrungsangebot aus Pflanzen und Tieren sowie Fressfeinde. Eine besondere Rolle spielt der Mensch in der Gruppe der biotischen Umweltfaktoren. Vom Menschen gehen starke Einflüsse aus, die dieser in ein geschlossenes ökologisches System einbringt.

Abiotische Umweltfaktoren

Die Faktoren, die keinen organischen Ursprung sind Wind, Temperatur, Wasserfügbarkeit im Boden, Luftfeuchtigkeit, Lichtverhältnisse, pH-Wert des Bodens und Mineralsalze im Boden. Die Wasserverfügbarkeit des Boden setzt sich aus dem Grundwasserspiegel und der Bodenfeuchte zusammen. Beides sind Faktoren, die vom Niederschlag und dem Klima abhängig. Zu den abiotischen Faktoren zählt nicht nur die Quantität des Wasser, sondern auch die Qualität und die Zusammensetzung hinsichtlich der Mineralstoffe und des Salzgehaltes.

Warum sind die Umweltfaktoren wichtig für die Lebewesen

Lebewesen können nur in einer spezifischen Zusammensetzung von Umweltfaktoren existieren. Ein sichtbarer Beweis dafür sind die Vegetationsunterschiede zwischen dem Regenwald am Äquator und der Vegetation in Nordeuropa. Das Überleben eines Organismus, das Wachstum und die Reproduktion sind nur in bestimmten Grenzen der Umweltfaktoren möglich.

Für jede Pflanze und jedes Tier sind die Anforderung an die Umweltfaktoren spezifisch. Nur dort, wo die Bedingungen geeignet sind, können diese Lebewesen existieren. In jedem Lebensraum sind alle Umweltfaktoren vorhanden. Nicht jeder Umweltfaktor hat die gleiche lebenswichtige Wirkung für die einzelnen Organismen.

Die Wechselwirkungen der biotischen Umweltfaktoren

Jeder Umweltfaktor kann in unterschiedlichen Intensitäten vorliegen. Ein Beispiel dafür ist die Anzahl von Fressfeinden. Bei der Betrachtung der Beziehung von Mäusen und Bussarden erkennen Biologen, dass bei einer großen Anzahl von Bussarden in einem Gebiet, nur wenige Mäuse leben. Eine geringe Population von Mäusen führt dazu, dass sich die nächsten Generationen von Bussarden weniger stark vermehrt. Als Folge daraus kann sich die Mäusepopulation erholen und mit dem steigenden Nahrungsangebot wächst auch die Anzahl der Bussarde in einem Gebiet wieder an.

Dies ist eine stark vereinfachte Darstellung, die sich auf einen einzelnen Umweltfaktor stützt. Doch in der Natur sind immer alle Umweltfaktoren vorhanden und nehmen Einfluss. Denn in einem gesunden Ökosystem sind die Faktoren ausbalanciert. In der Räuber-Beute Beziehung sorgt die Natur für einen Ausgleich der Populationen. Ist viel Fressbeute vorhanden, so entwickelt sich in die nächste Generation der Räuber in einer größeren Anzahl. Geht das Angebot an Nahrung zurück, so verringert sich auch die Population der Räuber in der nächsten Generation.

Die biologischen Umweltfaktoren sind immer Wechselwirkung zwischen unterschiedlichen Formen von Lebewesen. Diese Wechselwirkungen unterliegen in der Regel einem natürlichen Gleichgewicht und haben eine symbiotische Struktur. Die Pflanzen und Tiere sind bezüglich des Nutzens und des Vorteils voneinander abhängig und bilden ein ausgeglichenes Ökosystem. Invasive Tier- und Pflanzenarten können dieses Gleichgewicht stören, da alle Einflüsse, die in ein intaktes Ökosystem eingebracht die Symbiosen empfindlich stören können.

Die Beziehung zwischen den Individuen verschiedener Arten werden als interspezifisch bezeichnet. Dies gilt für eine typische Räuber-Beute -Beziehung. Die Wechselwirkung zwischen Individuen der gleichen Art werden von Biologen als intraspezifisch bezeichnet. Dies ist der Fall, wenn etwa eine Tierart in den Konkurrenzkampf um Nistplätze oder Futter tritt. Biologen sehen auch in einer Interaktion eine Wechselwirkung, wenn eines der beteiligten Lebewesen nicht beeinflusst wird. Biotische Umweltfaktoren können eine positive, eine negative oder keine Wirkung haben.

Ein anschauliches Beispiel für die wirkungsfreie Symbiose bei einer Wechselwirkung ist eine Fledermausart, die mit ihrem Kot den Dünger für eine Pflanze liefert. Die Fledermaus verliert ihren Kot und erhält keine Rückmeldung der Pflanze. Das Tier hat nicht das Bewusstsein dafür, dass es Nährstoffe für ein anderes Lebewesen liefert. Dieses Beispiel belegt gleichzeitig, dass biotische Umweltfaktoren nicht nur zwischen Pflanzen und Tieren wirken, sondern Beziehungen zwischen allen Lebewesen knüpfen.

Die Wirkung der abiotischen Umweltfaktoren

Die abiotischen Umweltfaktoren gehen von der unbelebten Umwelt aus. Die Faktoren, die aus der unbelebten Umwelt resultieren, wirken auf alle Lebewesen. Wasserversorgung und Temperatur begrenzen den Lebensraum von Pflanzen, Pilzen, Tiere und Bakterien.

Sonnenlicht ist ein elementarer Faktor für den Stoffwechsel, steuert den Laubabfall der Bäume im Herbst und setzt ein Signal für die Paarungszeit der Tiere. Die Helligkeit steuert den Tag-Nacht-Rhythmus von Vögeln.

Wasser sichert die Flüssigkeitsversorgung von Lebewesen und ist der Lebensraum von Fischen, Meerestieren und Pflanzen. Die Lebewesen in Gewässern werden über das Wasser mit Sauerstoff versorgt. Zum Umweltfaktor Wasser werden auch die klimaabhängige Luftfeuchtigkeit und die Feuchtigkeit im Boden gezählt. Die Bodenfeuchtigkeit wird bestimmt durch die Bodenstruktur und den Niederschlag.

Organismen sind nur in einem bestimmten Temperaturbereich überlebensfähig. Die Temperatur bezieht sich sowohl auf die Lufttemperatur als auch auf die Wassertemperatur. Das Klima sorgt für die langzeitigen Wetterbedingungen. Jahreszeiten, Kälte– und Wärmeperioden werden durch das Klima bestimmt.

Der pH-Wert bestimmt, ob eine Umgebung ein saures, basisches oder neutrales Milieu hat. Viele Pflanzen können nur in einem bestimmten Milieu überleben und bevorzugen eine bestimmte Bodenart.

Der Stoffgehalt in der Umwelt reguliert die Nährstoffversorgung. Neben den Mineralstoffen im Boden zählen dazu der Sauerstoffgehalt in der Luft und im Wasser sowie dessen Salinität.

Abiotische Umweltfaktoren werden in der Biologie nicht als einzelne Aspekte gesehen. Sie sind eine Gefüge, das sich zum Teil gegenseitig bedingt.

Umweltfaktoren und die ökologische Nische

Die Gesamtheit der biologischen Umweltfaktoren, die ein Organismus zum Leben benötigt, wird als ökologische Nische bezeichnet. In definierter Form ausgedrückt ist eine ökologische Nische, der Wechselwirkungskomplex zwischen einer Art und allen für diese Art relevanten biotischen und abiotischen Umweltfaktoren, die das Überleben dieser Art beeinflussen.

Tiere und Pflanzen haben eine ökologische Nische, die auf die individuellen Bedürfnisse abgestimmt ist. Die ökologische Nische ist dabei kein fester Raum, sondern ein Gefüge aus den unterschiedlichen Beziehungen. Einfluss nehmen für jede Art auch Unterschiede in der Beweglichkeit und des Verhaltens der einzelnen Lebewesen.

Die sogenannten autozoischen Dimensionen beschreiben die charakteristischen Verhaltensweisen verschiedener Arten. Dazu zählen unter anderem das Brutverhalten und die Nahrungsversorgung. Autozoische Dimensionen sind gleichbedeutend mit dem biologischen Begriff der Potenzen. Dem Verhalten der Lebewesen stehen die ökischen Dimensionen gegenüber. Dies sind alle diejenigen Faktoren, die eine Art aus dem Angebot der biologischen Umweltfaktoren nutzt. Die Gesamtheit von autozoischen und ökischen Dimensionen ist die ökologische Nische.

Beispiel für eine ökologische Nische

Eichhörnchen leben in Baumkronen. In diesem Biotop finden die Tiere pflanzliche Nahrung und bietet ihnen Schutz vor Fressfeinden. Ihre einzigen Fressfeinde sind Raubvögel, die damit einen biotischen Faktor bilden. Ein abiotischer Faktor ist der Boden, in dem Eichhörnchen ihre Wintervorräte vergraben. Das Vergraben zählt als Verhalten zu den ökischen Dimensionen. Eichhörnchen sind gute Kletterer und bringen die anatomischen Voraussetzungen mit, um einen Baumstamm hinaufzuklettern. Dies ist typisch für Eichhörnchen und somit eine autozoische Dimension.

In der Theorie gibt es für jedes Lebewesen eine ökologische Nische, die perfekt ist. Die Beziehungen der Umweltfaktoren sind perfekt für jede bestimmte Art ausbalanciert und in diesem Bereich herrschen die optimalen Lebensbedingungen. Diese Form von einem Lebensraum wird als fundamentale Nische bezeichnet und ist nur unter Laborbedingungen erreichbar.

In der Natur existieren ausschließlich Realnischen. In einem real existierenden Ökosystem kommt es zum Zusammenleben verschiedener Arten von Lebewesen. Jedes einzelne bringt seine persönliche Nische in das Ökosystem ein und es kommt zum Überlappen der einzelnen ökologischen Nischen und daraus folgt eine Konkurrenzsituation. Die Konkurrenz wirkt sich auf die zur Verfügung stehende Nahrung aus, auf Licht und Wasser. Der Kampf um die Ressourcen beeinträchtigt die Überlebensfähigkeit der einzelnen Individuen.

Langfristige Betrachtungen eines Konkurrenzverhaltens haben gezeigt, dass die schwächere Form ihre ökologische Nische verändert. Die schwächere Art passt sich an. Jede ökologische Nische ist folglich ein Resultat der Evolution.

Anpassungsmöglichkeiten von Lebewesen

Die grafische Darstellung einer ökologischen Nische ist eine vereinfacht eine Glocke. Die optimale Einstellung der biologischen Umweltfaktoren sorgen für einen Hochpunkt. Mit schlechter werdenden Bedingungen flacht die Kurve zu beiden Seiten ab. Innerhalb dieser Kurve gibt es einen Toleranzbereich, in dem die Lebewesen, die schlechteren Existenzbedingungen ausgleichen können. Außerhalb des Toleranzbereiches muss das Lebewesen seine ökologische Nische verschieben und sich anpassen oder es stirbt aus.

Ein Bereich der perfekten Konstellation der Umweltfaktoren wird als physiologische Potenz bezeichnet und ist ebenso wie die fundamentale Nische ein theoretische Überlegung, da Fressfeinde und Konkurrenten nicht in die Berechnung einfließen.

Die ökologische Potenz beschreibt die realen biologischen Umweltfaktoren, die auf ein Lebewesen einwirken und zeigt wirklichen Existenzmöglichkeiten einer Lebensart.

Das Überleben und die Möglichkeit einer Art im Toleranzbereich und an dessen Grenzen zu überleben, hängt stark davon ab, in welchem Spektrum eine Art Ressourcen nutzt. Ein Tier, das zu den Allesfressern zählt, hat bessere Überlebenschancen als ein Tier, das auf eine Nahrungsquelle spezialisiert ist. Allesfresser gelten als Generalisten und haben eine ausgedehnte Nischenbreite. Spezialisten unter den Lebewesen haben eine geringe Nischenbreite und somit einen geringen Toleranzbereich. Diese Lebewesen werden in einem Ökosystem schnell zu einer Anpassung gefordert, wenn ein Futterkonkurrent in den Lebensbereich eindringt.

Eine Anpassung ist allerdings nicht zielgerichtet möglich, sondern unterliegt den Regeln der Evolution. Eine spontane und sofortige Anpassung von Organismen als Reaktion auf veränderte biologische Umweltfaktoren kann nicht erfolgen.

Ein Beispiel für eine Entwicklung aus einer Konkurrenzsituation um das Futter zeigt sich bei Enten und Schwänen. Beide Arten von Wasservögeln bevorzugen den gleichen Lebensraum und bevorzugen die gleiche Nahrung. Die Anpassungsmechanismen haben für beide Vogelarten funktioniert und fressen Enten und Schwäne in unterschiedlichen Wassertiefen. Die ökologische Nische der Schwäne hat sich verschoben.

Zusammenfassung

• Die biologischen und ökologischen Umweltfaktoren werden in biotische und abiotische Faktoren unterteilt, je nachdem, ob sie ihren Ursprung in der belebten oder unbelebten Umwelt haben.
• Die Lebensräume aller Organismen werden durch Umweltfaktoren definiert.
• Lebewesen können nur in einem Ökosystem überleben, in dem die klimatischen und geologischen Bedingungen ihren Wachstumsbedingungen entsprechen.
• Tiere und Pflanzen stehen im Konkurrenzkampf um Wasser, Nährstoffe und Nahrungsangebot. Ist das Angebot nicht ausreichend, muss eine Art sich anpassen oder verschwindet.
• Die Gesamtheit der biologischen und ökologischen Umweltfaktoren definiert die ökologische Nische von Lebewesen und sichert die Existenz von angepassten Arten.
• Der Einfluss der Umweltfaktoren ist das Ergebnis von biologischen Evolutionsprozessen, in denen sich spezifische Lebensformen entwickelt haben.

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